DE68909892T2 - Pfannenschutzrohr mit zusammenpressbarem gasdurchlässigem ring. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf kontinuierliches Stranggießen von Stahl und auf die speziellen keramischen Bauteile, die dabei verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein keramisches Gießrohr, das im allgemeinen als Pfannenschutzrohr bezeichnet wird, das die Überführung geschmolzenen Metalls aus einer Gießpfanne in einen unter der Pfanne angeordneten Trichter ermöglicht. Das flüssige Metall wird dann in bekannter Weise aus dem Trichter in eine oder mehrere Stranggußformen unter dem Trichter geleitet. In einem typischen Stranggußverfahren für Stahl wird ein keramisches Sammelmundstück unter eine Bodenöffnung der feuerfest ausgekleideten Gießpfanne eingesetzt. Die Steuerung des Stromes flüssigen Metalls aus der Gießpfanne durch das Sammelmundstück wird entweder durch eine senkrecht bewegliche Verschlußstange vorgenommen, die die Öffnung im oberen Ende des Sammelmundstücks schrittweise öffnet und schließt, oder durch eine herkömmliche Plattenventilschieberanordnung, bei der das Sammelmundstück auf der unteren Platte der Anordnung montiert ist. Eine Relativbewegung der Schieberplatten öffnet und schließt den Weg des Metalls zum Sammelmundstück. Das Pfannenschutzrohr, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, sitzt eng passend unterhalb des Sammelmundstücks, um das Auslaufen (Abgießen) des flüssigen Metalls aus der Gießpfanne zu dem unterhalb angeordneten Trichter zu ermöglichen.
• Pfannenschutzrohre werden gewöhnlich beim Stranggießen von Stahl eingesetzt, um die Oxidation des Stroms flüssigen Stahls zu vermeiden, wenn das Metall aus der Gießpfanne in den Trichter gegossen wird, und um Arbeiter im Gießbereich vor Verbrennungen durch umherspritzendes Metall zu schützen. Eines der bisherigen Hauptprobleme bei der Verwendung solcher Pfannenschutzrohre ist es, einen dichten Sitz zwischen dem Sammelmundstück und dem Oberteil des Pfannenschutzrohrs im Anschlußbereich zu erhalten, wo diese Teile zusammengesetzt werden. Eine schlechte Dichtung an dieser Anschlußstelle hat das Eindringen von Luft zur Folge, was eine nachteilige Oxidation des geschmolzenen Stahls verursacht. Es ist häufig sehr schwierig, die Qualität dieser Anschlußdichtung reproduzierbar zu garantieren, da Stahl auf das Sammelmundstück spritzen kann oder eine Beschädigung des Oberteils des Pfannenschutzrohrs auftreten kann, wenn es von einer geleerten Gießpfanne abgenommen und an eine volle Gießpfanne aufgesetzt wird.
• Es ist vorgeschlagen worden, ein inertes Gas um das Oberteil des Pfannenschutzrohrs herum einzudüsen, um eine Gasabdichtung zu schaffen, falls eine schlechte mechanische Abdichtung gegenüber dem Sammelmundstück vorliegen sollte. Das inerte Gas reagiert mit dem geschmolzenen Stahl nicht, und wenn eine schlechte Abdichtung vorliegt, strömt das inerte Gas, z.B. Argon, in den Dichtungsbereich der Verbindung und verhindert das Eindringen von Luft und eine nachfolgende Oxidation des flüssigen Stahls.
• Mehrere Ausführungsformen von Pfannenschutzrohren sind vorgeschlagen worden, um die Eindüsung von Argon um das Sammelmundstück herum für Dichtzwecke zu erleichtern. Eine solche Ausführungsform ist in der US-4,519,438 beschrieben. Hierbei wird Argon in fingerartige Nuten eingedüst, die in das Oberteil des Pfannenschutzrohrs eingepreßt sind. Obwohl diese Ausführungsform teilweise erfolgreich ist, weist sie einige Nachteile auf. Häufig füllen sich die Nuten beim Gießvorgang mit Stahl und erschweren die nachfolgende Eindüsung von inertem Gas. Es ist auch häufig schwierig, eine gleichförmige Gasverteilung um die Dichtung herum zu erreichen, da das inerte Gas dazu neigt, in der Zone unmittelbar hinter dem Gaseinlaßanschluß einen höheren Druck aufzubauen. Im Ergebnis sind höhere Durchsätze von inertem Gas notwendig, um eine verbesserte Gasverteilung zu erreichen.
• Bei einem weiteren Lösungsversuch wird ein Ring aus einem porösen keramischen Material anstelle der Nuten zur Eindüsung von Argon verwendet. Normalerweise besteht der Pfannenschutzrohrkörper aus einem Aluminiumgraphitmaterial wegen der hohen Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschocks und der Widerstandsfähigkeit gegen geschmolzenen Stahl und Schlacke. Bei dieser bekannten Ausführungsform wird für den porösen Ring nicht die Aluminiumgraphitzusammensetzung des Schutzrohrkörpers verwendet, sondern eine 100%-ige Oxidzusammensetzung, die gewöhnlich aus Aluminiumsilikaten besteht. Dieser bekannte poröse Ring löst ein Problem der Ausführungsform mit Nuten, indem kein Eindringen von Stahl in den porösen Ring auftritt, und daher ein gleichmäßiger Gasdurchsatz aufgrund des dadurch auftretenden Rückdrucks erzielt werden kann. Bei dieser bekannten Bauart mit porösem Ring treten allerdings andere Probleme auf. Der poröse Ring wird gewöhnlich in den Schutzrohrkörper eingesetzt, nachdem beide Teile (Ring und Schutzrohrkörper) vollständig fertig sind. Dies erfordert ein schwieriges Verfahren, um den porösen Ring an Ort und Stelle einzukleben und dann das Oberteil des zusammengesetzten Pfannenschutzrohrs mit einem speziellen Stahlgehäuse zu ummanteln. Das Gehäuse dient dazu, den porösen Ring an Ort und Stelle zu halten, und gewährleistet, daß eine gasdichte Abdichtung um das Oberteil des Pfannenschutzrohrs herum erhalten wird. Wenn das Gehäuse unfallbedingt durchstoßen wird oder sich ausdehnt, leckt das inerte Gas entweder durch das Loch oder um das Oberteil des Pfannenschutzrohrs herum. In jedem Fall vermindert dies die Wirksamkeit der Dichtung bedeutend, da das Gas nicht dahin gelangt, wo es am meisten benötigt wird. Die Wahrscheinlichkeit, daß dies während eines Gießvorgangs passiert, ist ziemlich hoch.
• Es ist auch vorgeschlagen worden, einen vorgeformten Ring aus porösem keramischen Material auszubilden und dann den porösen Ring mit dem Schutzrohrkörper gemeinsam zu verpressen, wobei die Innenfläche des porösen Rings ebenso weit ist wie die Bohrung des Pfannenschutzrohrs und seine obere Fläche ebenso weit reicht wie die Oberseite des Schutzrohrs. Der gemeinsam verpreßte Ring und Schutzrohrkörper, mit einem vorgeformten Gaskanal, werden dann gebrannt. Das entstehende gebrannte Teil erfordert immer noch die Verwendung eines Stahlgehäuses mit einem Abdeckabschnitt aus Stahl, um das Lecken von inertem Gas aus dem freiliegenden, oberen Oberflächenbereich des porösen Rings zu verhindern.
• Die JP-A-62-28051 und die JP-A-60-137557 offenbaren eingetauchte Einlaufmundstücke, die dazu verwendet werden, um geschmolzenen Stahl aus einem Trichter in eine Stranggußform zu leiten, wobei das Problem des Zusetzens des Mundstücks im Vordergrund steht. Die JP-A-62-28051 und die JP-A-60-137557 offenbaren jeweils eine eingetauchte Zulaufmündung zum Stranggießen von Stahl, die eine poröse Innenhülse zum Zuführen von inertem Gas unmittelbar zum Strom des flüssigen Metalls beinhaltet, wenn dieser durch das Mundstück strömt. Das Ziel dieser Inertgaseindüsung ist es, das Zusetzen des Mundstücks aufgrund des Aufbaus von Al&sub2;O&sub3; in der Mundstückbohrung zu vermeiden, wenn aluminiumberuhigte Stähle gegossen werden.
• Die Anordnung der porösen Hülse in den beiden japanischen Patentschriften ist deutlich oberhalb der oberen Randfläche des Mundstücks und erstreckt sich nahezu über die gesamte Länge der Bohrung nach unten, wobei die Bohrung durch die poröse Hülse zylindrisch und daher von gleichmäßigem Durchmesser über ihre gesamte Länge ist.
• Die JP-A-62-28051 lehrt die Bereitstellung von zwei Feuerfestmischungen, wobei die eine ein aus Petroleum und Kohle destilliertes Bindemittel und die andere ein organisches, synthetisches Harz als Bindemittel verwendet. Die beiden Mischungen werden in vorgeschriebenen Verhältnissen miteinander gemischt, um den Mundstückkörper mit geringer Durchlässigkeit und die poröse innere Hülse auszubilden.
• Die JP-60-137557 offenbart das Einfügen der porösen, zylindrischen, feuerfesten (selbstverständlich vorgeformten) Hülse in den weniger porösen Grundkörper des eingetauchten Zulaufmundstücks bei seiner Herstellung.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen und weiteren Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, indem ein Pfannenschutzrohr geschaffen wird, welches in Bezug auf den Schutz des geschmolzenen Metalls vor schädlichen Einflüssen eingedrungener Luft wesentlich wirksamer als üblicherweise verwendete Argon-Schutzrohre ist, so daß bei der Verwendung eine unerwünschte Oxidation und die Aufnahme von Stickstoff durch den vergossenen Stahl signifikant vermindert werden können.
• Erfindungsgemäß wird ein Pfannenschutzrohr geschaffen, das dazu bestimmt ist, lösbar an einem Sammelmundstück einer Gießpfanne befestigt zu werden, die beim Gießen geschmolzenen Metalls verwendet wird, und von der Bauart ist, die einen rohrförmigen Grundkörper aus einem dichten, hitzefesten Material mit einen gegenseitigen Abstand aufweisenden, unteren und oberen Endabschnitten und einer dadurch ausgebildeten Bohrung umf aßt, wobei die besagte Bohrung benachbart zum oberen Endabschnitt des Grundkörpers einen kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist, um sich an ein Profil des besagten Sammelmundstücks anzupassen, wobei ein poröser, hitzefester Ring gemeinsam mit dem besagten Grundkörper gepreßt und gebrannt ist und bei dem besagten kegelstumpfförmigen Abschnitt einen Teil der besagten Bohrung bildet, wodurch der besagte poröse Ring im Einsatz dazu bestimmt ist, einem unteren, äußeren Oberflächenabschnitt des Sammelmundstücks, an dem das Pfannenschutzrohr befestigt ist, gegenüberzustehen, wobei der besagte Grundkörper eine integrale, vorspringende Kante aufweist, die zwischen dem besagten porösen Ring und dem oberen Ende des besagten Grundkörpers liegt und dazu bestimmt ist, eine Gasleckage aus einer oberen Fläche des besagten porösen Rings zu verhindern, und dem besagten Grundkörper zugeordnete Mittel, die mit dem besagten porösen Ring in Verbindung stehen, für die Zufuhr eines inerten Gases zum porösen Ring, wodurch im Einsatz inertes Gas an eine Grenzflächenzone zwischen dem porösen Ring und dem Sammelmundstück abgegeben werden kann, um ein Infiltrieren von Luft dazwischen zu verhindern.
• Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Pfannenschutzrohrs ist, daß es kostengünstiger herzustellen ist als bekannte, gasdurchlässige Pfannenschutzrohre, zum Teil aufgrund der Tatsache, daß es keinen getrennten Klebevorgang erfordert und kein Metallgefäßbauteil zum Ummanteln der oberen Ringfläche zur Abdichtung gegen Gasleckage.
• Zusätzlich bestehen der integrale, poröse Ringabschnitt und der dichte Grundkörperabschnitt des erfindungsgemäßen Pfannenschutzrohrs vorzugsweise aus der gleichen Keramikzusammensetzung, so daß sie gleichmäßige thermische Ausdehnungs- und Schrumpfungseigenschaften aufweisen, wodurch Probleme durch thermische Rißbildung minimiert werden. Die Erfindung schafft weiter einen integralen porösen Ring mit einer verbesserten Verbindung mit dem Grundkörper, der keine Metallkappe oder Klebstoff erfordert, um ihn im Pfannenschutzrohr an Ort und Stelle festzuhalten. Weiterhin wird eine verbesserte Verteilung des Gases in dem erfindungsgemäßen, integralen, porösen Ring durch die Verwendung von genau dimensionierten Korngrößen in der anfänglichen Feuerfestmischung erreicht, was zu einem gleichmäßigen, mittleren Bohrungdurchmesser nach dem Brennen führt.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Pfannenschutzrohrkörper mit länglicher, rohrförmiger Gestalt, der einen zentralen, während eines Preßvorgangs ausgebildeten Durchlaß aufweist. Der Durchlaß erstreckt sich von einem Einlaß am oberen Ende des Schutzrohrkörpers und endet an einem Auslaß an dessen unterem Ende. Der Pfannenschutzrohrkörper besteht aus einem dichten, kohlenstoffgebundenen Keramikmaterial, vorzugsweise aus einem Aluminiumgraphitmaterial, welches im gebrannten Zustand einen mittleren Porendurchmesser von weniger als etwa 10 Mikron und vorzugsweise von etwa 0,25 Mikron aufweist. Ein poröser Ring, der bevorzugt aus einem kohlenstoffgebundenen Aluminiumgraphitmaterial besteht, wird in einem getrennten Preßvorgang unter Verwendung einer bekannten Kornlückendimensionierungstechnik in der Feuerfestmischung zur Steuerung deren Porösität vorgeformt. Das feuerfeste Material, z.B. Aluminiumoxid, wird in einem schmalen Größenbereich von etwa 100 bis 200 Mesh (75 bis 150 Mikron) gehalten. Der Graphit, z.B. natürlicher, blättriger Graphit für die kohlenstoffgebundene Phase hat eine Partikelgröße, die vorzugsweise zwischen etwa 30 und 100 Mesh (etwa 150 bis 600 Mikron) gehalten wird. Nach dem gemeinsamen Brennen mit dem Grundkörper hat der poröse Ring einen gleichförmigen, mittleren Porendurchmesser von etwa 10 bis 40 Mikron. Vorzugsweise sind auch Sekundäroxidkörner von Zirkoniamullit in Mengen von etwa 10 bis 15 Gew.-% in der Kornmischung für den porösen Ring enthalten. Ein herkömmliches Antioxidationsmittel ist ebenfalls in der Mischung enthalten, wie z.B. Bor oder Silizium enthaltende Stoffe. Ein Bindemittel, vorzugsweise ein kohlenstoffhaltiges Harz, Pech oder ein ähnliches kohlenstoffhaltiges Material, wird ebenfalls verwendet. Vorzugsweise wird ein identisches oder ähnliches, kohlenstoffhaltiges Bindemittel im porösen Ring und im Schutzrohrkörper verwendet, um die Bindung an der Grenzschicht zwischen dem porösen Ring und dem Grundkörper beim Pressen und Brennen zu verbessern.
• Wie oben gesagt, wird der poröse Ring vorgeformt, und der sogenannte "grüne", ungebrannte Formling wird dann auf seinem äußeren Umf ang mit einem wachsartigen oder ähnlichen Material beschichtet, welches beim Brennen des Körpers verbrennt. Diese Beschichtung bildet einen Kanal bzw. Verteiler im gebrannten Körper, so daß später das eingedüste, inerte Gas gleichmäßig um den porösen Ring herum verteilt wird. Das Beschichtungsmaterial deckt etwa 50% oder weniger der Dicke des porösen Rings ab, was ausreicht, um eine gleichmäßige Inertgasverteilung zu erzielen, während gleichzeitig eine ausreichende Wandfläche zur Verfügung steht, um eine verbesserte Verbindung zwischen dem porösen Ring und dem Grundkörper während des gemeinsamen Verpressens zu erzielen. Die Arbeitsgänge des gemeinsamen Pressens und gemeinsamen Brennens dienen auch dazu, den porösen Ring an der Oberseite zu versiegeln, so daß Inertgas durch den Gaskanal und in den porösen Ring hineinströmen muß, anstelle durch die Oberseite auszutreten.
• Bei der Herstellung wird der beschichtete, vorgeformte, grüne poröse Ring über einem Preßdorn angeordnet, der zur Ausformung des Schutzrohrkörpers verwendet wird. Die Kornmischung aus Aluminiumoxid und Graphit für den Schutzrohrkörper wird dann in die Werkzeuganordnung um den porösen Ring herum gegossen. Die den Körper bildende Feuerfestkornmischung füllt den Formhohlraum bis zu einer Höhe oberhalb der Oberseite des grünen, porösen Rings. Die Werkzeuganordnung wird dann abgedichtet und in eine isostatische Presse gebracht, wo der poröse Ring integral mit dem Aluminiumoxidgraphitkörper verbunden wird. Im gebrannten Zustand bildet der dichtkörnige Schutzrohrkörper einen integralen Schichtungsabschnitt, der sich um die Oberseite des porösen Rings herumerstreckt und eine Abdichtung oberhalb des porösen Rings bildet, um zu verhindern, daß Inertgas daraus entweicht. Nach dem herkömmlichen Brennen ist das zuvor erwähnte Material zur Herstellung des Gaskanals verschwunden und hinterläßt einen offenen, ringförmigen Verteilerraum, durch den das Inertgas verteilt wird. Ein Gasanschluß kann durch den Körper hindurch ausgebildet werden, z.B. durch Bohren durch die Außenwand des Pfannenschutzrohrs in den Verteilerraum.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine Seitenansicht im Schnitt eines Pfannenschutzrohrs aus dem Stand der Technik, welches einen gasdurchlässigen Ring in einem Stahlgehäuse mit einem Kappenabschnitt aufweist;
• Fig. 2 ist eine vergrößerte, teilweise weggebrochene Schnittansicht eines Abschnitts des gasdurchlässigen Rings und des Stahlgehäuses des Schutzrohrs aus dem Stand der Technik nach Fig. 1;
• Fig. 3 ist eine Seitenansicht im Schnitt eines gemeinsam gepreßten Pfannenschutzrohrs und gasdurchlässigen Rings der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 4 ist eine vergrößerte, teilweise weggebrochene Schnittansicht eines Abschnitts des gasdurchlässigen Rings und des Pfannenschutzrohrs nach Fig. 3.
Beschreibung der Erfindung im einzelnen
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen Fig. 1 und 2 eine Bauart eines bekannten Pfannenschutzrohrs, das im ganzen mit 2 bezeichnet ist. Das Pfannenschutzrohr 2 weist einen dichten Keramikkörper 4 und einen an dessen Oberseite fixierten, gasdurchlässigen, porösen, ringförmigen Abschnitt 6 auf. Das bekannte Schutzrohr hat einen zentralen, dort hindurch ausgebildeten Durchlaß, der den Durchgang geschmolzenen Stahls aus einer Pfanne in einen Trichter (nicht dargestellt) in bekannter Weise ermöglicht. Ein oberer Abschnitt 10 des Durchlasses 8 ist kegelstumpfförmig ausgebildet, damit er auf ein herkömmliches Sammelmundstück (nicht dargestellt) paßt, welches oberhalb auf der Pfanne sitzt. Eine Fläche des Sammelmundstücks ist als gestrichelte Linie 10' in Fig. 2 angegeben, wie sie in Bezug auf die Fläche 10 des Pfannenschutzrohrs liegen würde. Ein Gasdurchlaß 12 wird z.B. durch Bohren durch den Schutzrohrkörper 4 in der Nähe von dessen Oberseite ausgebildet. Der Durchlaß 12 steht mit einem äußeren Ende mit einer Schraubbefestigung 14 auf der Außenfläche des Schutzrohrs zum Anschluß an eine Quelle von Inertgas unter Druck, z.B. Argon, in Verbindung. Das andere Ende des Durchlasses 12 steht mit einem Kanal oder Verteilerraum 16 zur Verteilung des Argons um den porösen Ring 6 herum in Verbindung. Das Druckgas geht durch den Querschnitt des Rings 6 durch dessen Poren hindurch, um entlang der Durchlaßoberfläche 10 hinausgedrückt zu werden, um zu versuchen, das Eindringen von Luft in den durchfließenden Strom von Metall über Öffnungen zwischen der Fläche 10 und der angrenzenden Fläche 10' des Sammelmundstücks, die in Fig. 2 gezeigt sind, zu minimieren.
• Aus Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß der poröse Ring 4 dieses bekannten Schutzrohrs 2 die Verwendung eines Stahlgehäuses 18 mit einer Kappe 20 zum abdichtenden Erfassen der Oberfläche 22 des porösen Rings 6 erfordert, um das entweichen von Inertgas daraus zu verhindern. Ein typisches, bekanntes Stahlgehäuse 18 weist einen zylindrischen Randabschnitt 24 auf, der die obere Zone 26 des Pfannenschutzrohrs umgibt. Die getrennte Stahlkappe 20 ist mit dem Rand 24 über die Schweißnaht 28 befestigt. Die Kappe 20 weist auch einen durchbrochenen Bereich 30 in ihrer Mitte auf, um das Einsetzen des Sammelmundstücks 10' dort hindurch zu ermöglichen. Die bekannte Metallkappe 20 verhindert nicht nur ein Entweichen von Gas aus der porösen Fläche 22, sondern unterstützt in bestimmten, bekannten Ausführungsarten des porösen Rings auch das Festhalten des porösen Rings 6 an Ort und Stelle. Üblicherweise kann der poröse Ring im Stand der Technik entweder ein getrennt gepreßtes und gebranntes Teil sein, oder es kann ein vorgeformtes und gemeinsam gepreßtes Einsatzteil wie Ring 6 sein. In jedem Fall haben diese typischen Bauarten von porösen Ringen im Stand der Technik freiliegende Oberseiten, wie Fläche 22, was eine Abdichtung durch eine getrennte Stahlumhüllung, wie Kappe 20, erfordert. Zusätzlich sind die bekannten porösen Ringeinsätze und Schutzrohrkörper gewöhnlich aus unterschiedlichen Feuerfestkornmischungen hergestellt, wobei z.B. eine 100% Oxidzusammensetzung aus Aluminiumoxidsilikaten den porösen Ring bildet und ein Aluminiumoxidgraphitmaterial den dichten Körper bildet. Daher bestehen zusätzlich zum Entweichen von Inertgas üblicherweise bei den bekannten Pfannenschutzrohren Probleme hinsichtlich thermischer Ausdehnung und Bindung.
• Ein erfindungsgemäßes Pfannenschutzrohr, das in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, löst viele der Probleme des Standes der Technik. Das Schutzrohr 40 weist einen Grundkörperabschnitt 42 vorzugsweise aus einer kohlenstoffgebundenen Aluminiumoxidgraphit-Feuerfestzusammensetzung auf und besitzt eine relativ dichte, nicht poröse Struktur. Die Porosität des Schutzrohrkörpers 42 wird so eingestellt, daß ein mittlerer Porendurchmesser von nicht mehr als etwa 10 Mikron und vorzugsweise etwa 0,25 Mikron erreicht wird. Das bei dieser Feuerfestkornmischung für den Grundkörper 42 verwendete Bindemittel umfaßt vorzugsweise ein kohlenstoffhaltiges Material, z.B. Harz oder Pech. Eine typische Feuerfestkornzusammensetzung für den Schutzrohrkörper 42 besteht im wesentlichen aus einer Mischung von Aluminiumoxidkörnern und Graphit, vorzugsweise in der Form von natürlichem, blättrigem Graphit. Einige verdünnende Siliziumoxid- und Zirkonoxid-Feuerfestkörner können ebenfalls vorhanden sein, wie auch herkömmliche Antioxidationsmittel wie ein Bor oder Silizium enthaltendes Material. Der Graphit hat eine typische Partikelgröße von zwischen etwa 30 bis etwa 100 Mesh oder etwa 150 bis etwa 500 Mikron. Dichte Kornpackung und entsprechend kleine Porendurchmesser werden in einer bekannten Weise erhalten, indem eine Mischung aus groben und feinen Aluminiumoxidkörnern verwendet wird, z.B. -30 Mesh grobe Aluminiumoxidkörner werden mit -325 Mesh feinen Aluminiumoxidkörnern im Verhältnis von etwa 2:1 (grob:fein) gemischt, um den Grundkörperabschnitt 42 zu bilden. Auf diese Weise wird eine große Packungsdichte erzielt, um eine geringe Porosität und geringe Gasdurchlässigkeit im Schutzrohrkörper zu erreichen. Eine beispielhafte Zusammensetzung des gebrannten Schutzrohrkörpers 42 könnte folgendermaßen in Gewichtsprozent zusammengesetzt sein: 53% Aluminiumoxid; 31% Kohlenstoff; 13% Siliziumoxid; 1% Zirkoniumoxid und 2% andere Bestandteile.
• Ein poröser Ring 50 wird aus einer ähnlichen Aluminiumoxidgraphitzusammensetzung vorgeformt, dann als grüner Formling mit dem Schutzrohrkörper 42 gemeinsam gepreßt und als einheitliches Teil gebrannt, um das fertige Pfannenschutzrohr 40 zu bilden. Der poröse Ring 50 wird, wie weiter unten im einzelnen erklärt wird, mit dem Körper 42 auf eine solche Weise gemeinsam gepreßt, daß ein integraler, dichter Schichtungsabschnitt 52 am oberen Ende 46 des Schutzrohrkörpers gebildet wird, um die obere Randfläche 54 des porösen Rings auf dem Umfang des Körpers vollständig einzuschließen. Auf diese Weise wird der poröse Ring 50 an seinem oberen Rand 54 abgedichtet, wodurch die Notwendigkeit der bekannten, geschweißten Stahlbehälterkappe 20 nach Fig. 1 und 2 zur Verhinderung einer Gasleckage vermieden wird.
• Der poröse Ring 50 besteht vorzugsweise im wesentlichen aus einem kohlenstoffgebundenen Aluminiumoxidgraphit-Feuerfestmaterial, vorzugsweise mit einem Kohlenstoff enthaltenden Bindemittel, welches identisch oder ähnlich wie das im Schutzrohrkörper 42 verwendete ist. Ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel wie Harz oder Pech wird bevorzugt. Im porösen Ring 50 werden gleichmäßige Porendurchmesser von etwa 10 Mikron erhalten. Die mittleren Porendurchmesser können nach oben bis etwa 40 Mikron variieren, um einen gleichförmigen Inertgasdurchtritt dort hindurch zu ermöglichen, während sie nicht so groß sind, als daß sie einen Durchtritt des flüssigen Metalls durch den Ring 50 in umgekehrter Richtung ermöglichen.
• In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist der mittlere Porendurchmesser im porösen Ring 50 etwa 10 Mikron, und der mittlere Porendurchmesser im dichten Aluminiumoxidgraphit-Pfannenschutzrohrkörper ist etwa 0,25 Mikron. Um dies zu erreichen, wird die Partikelgrößenverteilung der Feuerfestoxidkornmischung für den porösen Ring 50, z.B. Aluminiumoxidkörner, innerhalb eines relativ engen Bereichs gehalten, Vorzugsweise wird die Korngröße des Feuerfestoxids zwischen etwa 100 bis etwa 200 Mesh oder 75 bis etwa 150 Mikron gehalten. Diese Kornlückendimensionierungstechnik schafft den gewünschten, im wesentlichen gleichförmigen mittleren Porendurchmesser von etwa 10 Mikron im porösen Ring nach dem Brennen. Der in der Mischungszusammensetzung des porösen Rings 50 verwendete Graphit ist ebenfalls natürlicher oder blättriger Graphit mit einer Teilchengröße von etwa 30 bis etwa 100 Mesh (etwa 150 bis etwa 600 Mikron). Die Zusammensetzung des porösen Rings enthält ebenfalls vorzugsweise ein Sekundäroxid-Verdünnungskorn aus Zirkonia-Mullit, wobei Bestandteile aus ZrO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; in Mengen von etwa 10 bis etwa 15 Gew.-% enthalten sind. Ein herkömmliches Antioxidationsmittel wird der Mischung ebenfalls vorzugsweise in Form von Bor oder Silizium enthaltenden Bestandteilen beigegeben.
• Die im porösen Ring 50 und im dichten Aluminiumoxidgraphit- Grundkörper 42 verwendeten Bindemittel sind ähnliche, kohlenstoffhaltige Bindemittel und sind vorzugsweise identisch. Ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel wie etwa Harz oder Pech kann verwendet werden. Die Mischung für den Schutzrohrkörper könnte ein Harzbindemittel beinhalten, während die Mischung für den porösen Ring ein Pechbindemittel enthalten könnte. Im Idealfall wird aber ein identisches Bindemittel verwendet. Die Verwendung von ähnlichen oder identischen Bindemitteln zusammen mit ähnlichen, kohlenstoffgebundenen Feuerfestmischungen verbessert die Bindung zwischen den porösen und nicht porösen Abschnitten des Pfannenschutzrohrs 40. Eine beispielhafte Zusammensetzung für den gebrannten, porösen Ring 50 könnte folgende Bestandteile in Gewichtsprozent aufweisen: 61% Aluminiumoxid; 22% Kohlenstoff; 6% Siliziumoxid; 6% Zirkoniumoxid und 5% andere Bestandteile. Es ist wichtig, daß die gebrannte Bindung zwischen den Feuerfestkörnern des Grundkörpers und den Körnern des porösen Rings und zwischen den Körnern an der Grenzfläche Körper-Ring gleich ist, d.h. eine identische Kohlenstoffbindung. Diese Kohlenstoffbindung wird im wesentlichen durch den Graphitbestandteil geliefert, allerdings stammt auch ein gewisser Teil der Kohlenstoffbindung vom Bindemittel.
• Beim Brennen wird auch ein offener Gaskanal oder Verteilerraum 56 um einen Abschnitt der Grenzfläche zwischen dem porösen Ring 50 und dem Grundkörper 42 herum ausgebildet, um den Zutritt des inerten Gases zum porösen Ring zu ermöglichen. Nach dem Vorformen des porösen Rings 50 wird das grüne Teil auf seinem äußeren Umfang mit einem brennbaren oder schmelzfähigen Material beschichtet, z.B. Wachs, welches während des nachfolgenden Brennvorgangs verschwindet. Die Beschichtung deckt im allgemeinen etwa 50% oder weniger der Dicke des Rings ab, um für die richtige Gasverteilung zu sorgen, wobei auch eine ausreichende Wandberührung erhalten bleibt, um eine starke Bindungsfixierung zwischen dem porösen Ring 50 und dem Schutzrohrkörper während des gemeinsamen Pressens und dem nachfolgenden Brennen zu erhalten. Bei der Herstellung wird der beschichtete, vorgeformte poröse Ring 50 auf einen Preßdorn des Pfannenschutzrohrs gesetzt. Die Aluminiumoxidgraphit-Kornzusammensetzung des Grundkörpers wird dann in die Werkzeuganordnung gegossen, die den porösen Ring umgibt. Diese den Grundkörper 42 bildende Feuerfestkornmischung füllt die Werkzeugform bis zu einer Höhe oberhalb der oberen Fläche 54 des Rings, so daß der poröse Ring mit einem kreisringförmigen Beschichtungsabschnitt 52 der Feuerfestkornmischung niedriger Porosität des Schutzrohrkörpers umschlossen wird. Die Werkzeuganordnung wird dicht verschlossen, und der Ring 50 und der Körper 42 werden dann isostatisch in bekannter Weise gemeinsam gepreßt. Das gemeinsam gepreßte Teil 40 wird dann aus der Werkzeuganordnung herausgenommen und in ebenfalls bekannter Weise gebrannt. Während des Brennens verschwindet das die Außenseite des Rings 50 beschichtende Material und läßt einen ringförmigen Gasverteilerraum 56 zurück, der sich um 360º um den porösen Ring 50 herum erstreckt. Eine Gasleitung 58 wird dann z.B. durch Bohren durch den Grundkörper gebildet, um den Verteilerraum 56 an einem Ende zu berühren. Ein anderes Ende der Gasleitung 58 wird mit einem herkömmlichen, mit Gewinde versehenen Teil 60 ausgestattet, um später mit einer Quelle von unter Druck stehendem Inertgas wie Argon angeschlossen zu werden.
• Ein tragendes Stahlgehäuse 62 kann auch um eine obere Zone des Pfannenschutzrohrs 40 aufgesetzt werden, um als Montagehilfe des Pfannenschutzrohrs an einem herkömmlichen Teil einer Gußanordnung (nicht dargestellt) zu dienen. Das Gehäuse 62 endet an einem oberen Rand 64, der gegenüber der Oberseite 46 des Pfannenschutzrohrs einen Abstand nach unten aufweist. Das Gehäuse 62 ist daher wesentlich einfacher als das geschweißte Gehäuse 24 und die Kappe 20 aus dem Stand der Technik. Da die integrale Schichtung 52 des Schutzrohrkörpers 42 eine Gasleckage aus dem oberen Rand 54 des porösen Rings abdichtet, besteht keine Notwendigkeit für eine Dichtkappe aus Metall, z.B. die zuvor beschriebene, bekannte Kappe 20 nach Fig. 1 und 2. Der Schritt des Schweißens oder Lötens der Kappe, der im Stande der Technik notwendig ist, wird daher ebenfalls vermieden.
• Im Betrieb greift eine kegelstumpf förmige, obere Bohrung 45 des Pfannenschutzrohrs 40 eng auf eine Außenfläche 45' des Sammelmundstücks und bildet damit eine Dichtung, wie es gestrichelt in Fig. 4 dargestellt ist. Beim Gießen wird inertes Gas, z.B. Argon, aus einer Druckquelle am Anschluß 60 zum Pfannenschutzrohr 42 zugeführt. Das unter Druck stehende Inertgas strömt um den Verteilerraum 56 und durchdringt dann den porösen Ring 50, um in den Zwischenraum an der Abdichtungsfläche zwischen der Sammelmundstückfläche 45' und der Oberfläche der konischen Bohrung 45 des Pfannenschutzrohrs zu gelangen. Das inerte Gas strömt entlang irgendeines der schmalen Spalte nach oben, die an der Abdichtungsfläche vorhanden sein können, und verhindert das schädliche Zuströmen von Luft in umgekehrter Richtung. Auf diese Weise wird aufgrund der gleichmäßigen Strömung des Inertgases aus dem porösen Ring 50 verhindert, daß Luft in den Strom flüssigen Stahls gezogen wird, wenn dieser durch das Sammelmundstück zum Pfannenschutzrohr durchgeht. Die integrale, dichte Feuerfestschichtung 52 des Grundkörpers dichtet eine Gasleckage nach oben durch die Fläche 54 des porösen Rings nach oben ab, um ein kurzschlußartiges Strömungsbild zu vermeiden, und führt so die erforderliche, gleichmäßige Inertgasströmung um den gesamten Umfang des Sammelmundstücks herbei. Eine solche gleichmäßige Inertgasströmung verhindert auch die Bildung eines Vakuums in Fällen, in denen das Sammelmundstück und das Schutzrohr an der Dichtungsfläche fest abgedichtet sind. Wenn ein solches Vakuum erzeugt wird, kann Luft durch den Schutzrohrkörper oder durch Risse, die in den Anschlußdichtungen vorhanden sein können, eingesaugt werden. Die gleichmäßige Eindüsung von Inertgas, die erfindungsgemäß gewährleistet ist, wenn eine solche feste Abdichtung des Pfannenschutzrohrs auftritt, verhindert auch weiterhin die unerwünschte Bildung eines Vakuums im unteren Gießrohr.
• Erfindungsgemäße Pfannenschutzrohre mit porösen Ringabschnitten nach Fig. 3 und 4 wurden gebaut und in einer kommerziellen, kontinuierlichen Stahlgußanlage getestet. Bei dieser Produktionsanlage wird die Wirksamkeit eines Pfannenschutzrohrs hinsichtlich des Schutzes eines Stromes geschmolzenen Metalls vor der Luft durch die Menge aufgenommenen Stickstoffs im Stahl gemessen, wenn dieser von der Pfanne zu einem Trichter überführt wird. Es wurde herausgefunden, daß der gemeinsam gepreßte poröse Ring und das Pfannenschutzrohr der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Nut- und Schlitzbauarten von Pfannenschutzrohren aus dem Stand der Technik wesentlich wirkungsvoller in Bezug auf die Verminderung der Stickstoffaufnahme bei einem konstanten Argondurchsatz ist. Die erfindungsgemäßen Pfannenschutzrohre mit gemeinsam gepreßten, gasdurchlässigen Ringen waren leistungsfähiger, indem sie eine geringere Leckage von Luft/Stickstoff bei der gleichen Menge von Argon im Vergleich zu Pfannenschutzrohren aus dem Stande der Technik erzielten. Zum Beispiel benötigte ein Testschutzrohr mit Nuten, ähnlich dem im US-Patent Nr. 4,519,438 beschriebenen, bei einem Niveau von 6 ppm Stickstoffaufnahme einen relativen Argondurchsatz von etwa 48%; ein Testschutzrohr mit Schlitzen entsprechend dem US-Patent Nr. 4,519,438 erforderte einen Argondurchsatz von etwa 40%; und zwei unterschiedliche Schutzrohre nach der vorliegenden Erfindung erforderten Argondurchsätze von etwa 30% und 22%. Die Inertgaseinsparung der vorliegenden Erfindung war daher offensichtlich.

Claims (14)

1. Pfannenschutzrohr, dazu bestimmt, lösbar an einem Sammelbehältermundstück einer Gießpfanne befestigt zu werden, die beim Gießen geschmolzenen Metalls verwendet wird, und von der Bauart ist, die einen rohrförmigen Grundkörper aus einem dichten, hitzefesten Material mit einen gegenseitigen Abstand aufweisenden, unteren und oberen Endabschnitten und einer dadurch ausgebildeten Bohrung umfaßt, wobei die besagte Bohrung benachbart zum oberen Endabschnitt des Grundkörpers einen kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist, um sich an ein Profil des besagten Sammelbehältermundstücks anzupassen, wobei ein poröser, hitzefester Ring gemeinsam mit dem besagten Grundkörper gepreßt und gebrannt ist und bei dem besagten kegelstumpfförmigen Abschnitt einen Teil der besagten Bohrung bildet, wodurch der besagte poröse Ring im Einsatz dazu bestimmt ist, einem unteren, äußeren Oberflächenabschnitt des Sammelbehältermundstücks, an dem das Pfannenschutzrohr befestigt ist, gegenüberzustehen, wobei der besagte Grundkörper eine integrale, vorspringende Kante aufweist, die zwischen dem besagten porösen Ring und dem oberen Ende des besagten Grundkörpers liegt und dazu bestimmt ist, eine Gaslekage aus einer oberen Fläche des besagten porösen Rings zu verhindern, und dem besagten Grundkörper zugeordnete Mittel, die mit dem besagten porösen Ring in Verbindung stehen, für die Zufuhr eines inerten Gases zum porösen Ring, wodurch im Einsatz inertes Gas an eine Grenzflächenzone zwischen dem porösen Ring und dem Sammelbehältermundstück abgegeben werden kann, um ein Infiltrieren von Luft dazwischen zu verhindern.

2. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper und der poröse Ring jeweils vorzugsweise kohlenstoffgebundenes Aluminiumoxid-Feuerfestmaterial umfassen.

3. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dichte Grundkörper einen mittleren Porendurchmesser von etwa 0.25 bis weniger als etwa 10 Mikron und der poröse Ring einen mittleren porendurchmesser von etwa 10 bis 40 Mikron aufweist.

4. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Ring einen feuerfesten Sekundäroxid- Kornbestandteil aufweist.

5. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß der feuerfeste Sekundäroxid-Kornbestandteil ein Zirkonium- Mullit-Material ist.

6. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Metallgefäßmittel, die einen Teil des besagten Grundkörpers ummanteln und an einer Stelle nicht höher als das obere Ende des besagten Schutzrohrgrundkörpers enden.

7. Pfannenschutzrohr, dazu bestimmt, lösbar an einem Sammelbehältermundstück einer Gießpfanne befestigt zu werden, die beim Gießen geschmolzenen Metalls verwendet wird, umfassend:

Einem im allgemeinen rohrförmigen Grundkörper dichter, feuerfester Zusammensetzung mit einem oberen Ende und einem unteren Ende und einer dadurch ausgebildeten Bohrung, wobei die besagte Bohrung benachbart zum oberen Ende des Grundkörpers einen kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist, um sich an ein Profil des besagten Sammelbehältermundstücks anzupassen; wobei ein poröser Ring gemeinsam mit dem besagten Grundkörper gepreßt und gebrannt ist und der besagte poröse Ring eine Innenfläche aufweist, die bei dem besagten kegelstumpfförmigen Abschnitt einen Teil der besagten Bohrung benachbart zum oberen Ende des besagten Grundkörpers bildet, die dazu bestimmt ist, im Einsatz einem Oberflächenabschnitt des Sammelbehältermundstücks, an dem das Pfannenschutzrohr befestigt ist, gegenüberzustehen, wobei der besagte poröse Ring auch eine einen Abstand zur besagten Innenfläche aufweisende Außenfläche und eine einen Abstand Wom oberen Ende des Grundkörpers aufweisende obere Fläche hat, wobei der besagte, im allgemeinen rohrförmige Grundkörper aus einer kohlenstoffgebundenen Metalloxid-Graphitzusammensetzung ist, in der die Kohlenstoffbindung vorzugsweise aus dem Graphit stammt und der besagte poröse Ring aus der gleichen, im allgemeinen kohlenstoffgebundenen Metalloxid- Graphitzusammensetzung ist wie der besagte Grundkörper, wobei die Kohlenstoffbindung vorzugsweise vom Graphit stammt, der besagte poröse Ring eine kontrollierte Porengröße mit einem mittleren Durchmesser der Größenordnung von etwa 10 Mikron aufweist, der durch eine Kornlückendimensionierungstechnik entsteht, um die Durchdringung eines inerten Gases dadurch zuzulassen; wobei der besagte Grundkörper einen integralen, vorspringenden Randabschnitt aufweist, der in Kontakt mit der oberen Fläche des porösen Rings steht und dazu dient, eine Gaslekage aus der besagten oberen Fläche zu verhindern; und

einen in dem besagten Grundkörper ausgebildeten Durchlaß, der dazu bestimmt ist, an einem Ende mit einer unter Druck stehenden Inertgasquelle in Verbindung zu stehen und mit dem anderen Ende mit der Innenfläche des porösen Rings in Verbindung zu stehen, wodurch im Einsatz das besagte inerte Gas den besagten porösen Ring durchdringen kann, um an der besagten Innenfläche in einer Zwischenzone zwischen dem porösen Ring und dem Sammelbehältermundstück verteilt zu werden, um ein Infiltrieren von Luft dazwischen zu verhindern.

8. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper und der poröse Ring gemeinsam aus feuerfesten Mischungen gepreßt sind, welche ähnliche Bindemittelsysteme aufweisen und Pech, Harz oder ein ähnliches kohlenstoffhaltiges Bindemittel umfassen.

9. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper und der poröse Ring gemeinsam aus feuerfesten Mischungen gepreßt sind, die ähnliche, kohlenstoffhaltige Bindemittelsysteme haben und wobei der überwiegende Teil der besagten feuerfesten Mischungen Aluminiumoxid und Graphit umfaßt.

10. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Ring ein Sekundäroxid-Feuerfestkorn aus einem Zirkonium-Mullit-Material umfaßt.

11. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Ring im gebrannten Zustand eine mittlere Porengröße von etwa 10 bis 40 Mikron aufweist.

12. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Ring aus einer dimensionierte Kornlücken aufweisenden Feuerfestmischung gemeinsam verpreßt ist, die eine feuerfeste Korngröße von etwa 100 bis 200 Maschen (etwa 75 bis 150 Mikron) aufweist und eine Graphitkomponente mit einer Partikelgröße von etwa 30 bis 100 Maschen (etwa 150 bis 600 Mikron) einschließt.

13. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper im feuerfesten Zustand eine mittlere Porengröße von weniger als 10 Mikron bis etwa 0,25 Mikron aufweist.

14. Pfannenschutzrohr nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Stahlbehältermittel, die den Pfannenschutzrohrgrundkörper benachbart zu dessen oberen Ende umgeben, um das besagte Schutzrohr in einer Metallgießvorrichtung abzustützen und wobei das besagte Stahlbehältermittel einen oberen Randabschnitt aufweist, der an einer Stelle nicht höher als die Oberseite des oberen Endes des Pfannenschutzrohrs endet.